165842 (595656), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Химический состав бентонита представлен ионами натрия, кальция, калия и магния (таблица 2). Ввиду преобладания катионов кальция и магния, ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному типу.
3.2 Обогащение и модификация природного бентонита
Удаление крупнозернистых включений при обогащении, преимущественно кварца, приводит к перераспределению доли компонентов в составе бентонита. Отмечается увеличение содержания монтмориллонита. За счет удаления кварца, количество оксида кремния снижается до 72,30 %, содержание оксидов алюминия, калия, натрия, кальция и магния увеличивается.
Кислотная обработка приводит к частичному разрушению глинистых минералов, что иллюстрируется уменьшением содержания полуторных оксидов в химическом составе образцов. Количество оксида кремния увеличивается до 75,20 %, свободного оксида кремния – до 19,20 %.
Рентгеновским методом установлено, что образовавшийся в результате разрушения кристаллической структуры монтмориллонита кремнезем является аморфным. В ходе замещения обменных ионов металлов на ионы водорода кислоты и ионы алюминия, которые переходят из структурных позиций в обменные, поверхность бентонита приобретает кислые свойства.
Таблица 2
Состав природного и модифицированного бентонитов
| Катионы | Содержание катионов, ммоль/100 г сухого вещества | ||||
| Бентонит | |||||
| природный | обогащенный | модифицированный | |||
| Серной кислотой | Карбонатом натрия | ||||
| Na+ | 8,4 | 8,6 | 1,3 | 38,1 | |
| K+ | 1,4 | 1,5 | 0,6 | 2,0 | |
| Ca2+ | 13,3 | 16,6 | 15,0 | 5,1 | |
| Mg2+ | 12,8 | 13,1 | 6,0 | 3,0 | |
| Суммарно | 35,9 | 39,8 | 22,9 | 48,2 | |
Модифицирование карбонатом натрия оказывает влияние на химический состав бентонита. За счёт снижения содержания оксида кремния, в процессе растворения свободного кремнезема в щелочной среде, количество оксидов алюминия, железа, щелочных и щелочноземельных металлов в образцах увеличивается. В результате замещения щелочноземельных металлов в ионообменном комплексе на ионы натрия, содержание последних возрастает в 4,4 раза, что приводит к увеличению ионообменной емкости глины от 75 мг-экв / 100 г глины до 120 мг-экв / 100 г глины.
Для оценки катионообменной емкости бентонита использовали метод поглощения красителей основной природы (таблица 3). Определено, что образцы бентонита, за исключением модифицированного кислотой, проявляют высокую адсорбционную способность по отношению к органическому красителю метиленовому голубому (МГ), в том числе при повышенной адсорбционной нагрузке.
Таблица 3
Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов по отношению к органическому красителю
| Показатели | Величина показателя | |||
| Бентонит | ||||
| природный | обогащенный | модифицированный | ||
| Серной кислотой | Карбонатом натрия | |||
| Степень адсорбции, мг/г | 72,6 | 65,0 | 38,7 | 87,1 |
| Степень поглощения, %, при адсорбционной нагрузке, мг/г: 37,5 75,0 150,0 | 97,9 92,6 55,4 | 98,9 96,4 68,2 | 13,5 12,7 9,7 | 98,3 93,5 56,6 |
Модифицирование кислотой приводит к разрушению кристаллической структуры глинистых минералов вследствие вымывания ионов алюминия, железа и магния, способствуя развитию поверхности. Удельная поверхность бентонита возрастает с 24 до 76 м2/г за счет формирования более мелкопористой структуры – средний радиус пор уменьшается с 59 до 33 нм.
Таблица 4
Параметры пористой структуры природного и модифицированного бентонитов
| Параметр | Величина параметра | |||
| Бентонит | ||||
| природный | обогащенный | модифицированный | ||
| Серной кислотой | Карбонатом натрия | |||
| Суммарный объем пор, см3/г | 0,47 | 0,51 | 0,76 | 0,54 |
| Удельная поверхность, м2/г | 24 | 24 | 76 | 48 |
| Средний радиус пор, нм | 59 | 64 | 33 | 51 |
| Пористость, % | 52 | 54 | 61 | 55 |
Термическая активация – предварительная сушка при температуре 100 С, а затем 200 С, улучшает адсорбционные свойства и способствуют развитию поверхности бентонитов, что связано с освобождением от воды адсорбционного пространства. При прокаливании при температурах до 600 С удаляется структурносвязанная вода и, в связи со снижением степени гидратации поверхности материалов, происходит снижение адсорбционной способности. При прокаливании при температуре 800 С удельная поверхность уменьшается, что может обуславливаться химическим взаимодействием слагающих породы оксидов, сопровождающимся формированием кристаллических структур иных типов и является причиной изменения адсорбционных свойств бентонитов, модифицированных серной кислотой и карбонатом натрия (таблицы 6, 7).
Таблица 6
Адсорбционные свойства природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания
| Бентонит | Степень адсорбции красителя, мг/г, при температуре прокаливания, С | |||
| 200 | 400 | 600 | 800 | |
| природный | 49,8 | 29,0 | 9,1 | 3,0 |
| обогащенный | 75,0 | 25,0 | 8,8 | 3,0 |
| модифицированный серной кислотой | 10,0 | 8,1 | 5,5 | 24,6 |
| модифицированный карбонатом натрия | 87,1 | 25,0 | 5,0 | 48,4 |
Таблица 7
Удельная поверхность природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания
| Бентонит | Удельная поверхность, м2/г, при температуре прокаливания, С | |||
| 200 | 400 | 600 | 800 | |
| природный | 24 | 20 | 12 | 7 |
| обогащенный | 24 | 21 | 18 | 6 |
| модифицированный серной кислотой | 76 | 42 | 40 | 30 |
| модифицированный карбонатом натрия | 48 | 39 | 32 | 14 |
3.3 Разработка органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»
Установлена возможность регулирования свойств бентонита путем модифицирования поверхностно-активными органическими соединениями. Известно, что органофильные бентониты находят применение в качестве связующих для приготовления безводных формовочных смесей в литейном производстве, адсорбентов, структурообразователей, а в последнее время – компонентов полимер-неорганических нанокомпозитов.
Для гидрофобизации поверхности частиц бентонита и повышения её сродства к органическим веществам использовали соединения, содержащие аминогруппы гуанидина.
Для отработки технологии получения органоглин и оптимизации структурных характеристик, обменных и физико-химических свойств образцов варьировали соотношение компонентов и условия проведения процесса модификации монтмориллонита.
Сорбционные свойства полученных органоглин по сравнению с исходным монтмориллонитом заметно возрастают (табл.8).
Как видно из таблицы модификация монтмориллонита при введении аминогрупп гуанидинсодержащих соединений приводит к заметному улучшению степени извлечения красителя, обусловленному формированием дополнительных сорбционных центров.
Таблица 8
Свойства органоглины, модифицированной различным количеством акрилата гуанидина (АГ)
| № п\п | Содержание АГ, г на 20г глины | Адсорбционная емкость, мг*г-1 |
| 1 | 1 | 30 |
| 2 | 2 | 94 |
| 3 | 3 | 105 |
| 4 | 4 | 120 |
| 5 | 5 | 150 |
Таким образом, предварительная обработка природного бентонита неорганическими и органическими солями обеспечивает химическое, макроструктурное модифицирование и одновременное обогащение бентопорошка, позволяют повысить сорбционные свойства и качество готовой продукции.
3.4 Разработка полимерных композиционных материалов на основе органоглин на основе бентонита месторождения «Герпегеж»
Объектами исследований в данной части работы являются нанокомпозиты, полученные на основе органомодифицированных слоистых природных алюмосиликатов (монтмориллонит) и новых биоцидных водорастворимых ионогенных акрилат- и метакрилатгуанидиновых мономеров и полимеров.
Полимеризацию гуанидинсодержащего мономера in situ проводили в присутствии персульфата аммония в водном растворе по методике указанной в экспериментальной части.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
